1. Turbófeltöltés

A turbófeltöltés a motor kipufogógázainak energiáját hasznosítja. A motorból a kipufogógáz-vezetéken keresztül távozó nagy sebességu égéstermékek energiáját felhasználva a turbófeltölto turbinája hajtja a vele egy tengelyre csapágyazott kompresszort, ami a friss töltetet beszívja és túlnyomással a hengerbe tolja. Bár a feltölto a motor forgó részeivel nincs kapcsolatban a turbina miatt, a kipufogó-vezetékben megnövekedett nyomástöbblet ellenállásként jelenkezik, és visszahat a motor muködésére és teljesítményére.

Azt már tudjuk, hogy a turbót helyesen gázturbinának hívjuk, de a gázurbina, az ÁRAMLÁSTANI ELVEN MUKÖDO TÖLTOK csoportjába tartozik.

A turbófeltöltés esetén a kipufogás nem közvetlenül a szabad levegoben történik, kitoláskor a dugattyúnak többnyire munkát kell végeznie, mert a hengerbol kiömlo gáz mozgási ill. hoenergiája önmagában nem elegendo ahhoz, hogy a turbina akkora teljesítményt szolgáltasson, amekkora a tölto hajtásához szükséges. Ezért a kipufogó-vezetékben no a nyomás, ami viszont visszahat a motorra, mert a dugattyúnak az égésterméket nagyobb nyomás ellenében kell kitolnia. A szívási (töltési) ütem folyamán a feltölto által biztosított a környezeti nyomásnál általában nagyobb - nyomáson jut a töltet a hengerbe. A gázturbina motorhoz illesztésétol (hangolásától) és a motor üzemállapotától függoen a töltetcsere lehet negatív, akkor a gázturbina muködéséhez teljesítményt von el a motortól, ha pozitív, akkor a motor teljesítményét növeli.

Érdekességképpen megemlítem, hogy lehet akár elméletileg zérus is. Ilyenkor eszembe jut barátom aranyköpése, mikor is egy autó megfelelo teljesítménynövelo és pénztárcacsökkento kúra után lefutotta a bejáratásra, kiirt idot, és forszírozott üzemmódba került, - na most meglátjuk, hogy negatív tuningot követtünk el, vagy nem csináltunk semmit, vagy az történt, amit akartunk!

Ahhoz, hogy a töltetcsere-folyamat munkája pozitív legyen a kis áramlási veszteségek mellett, a motor munkapontjának a feltölto jellemezo jó hatásfokú tartományába kell esnie. Azt hiszem, ezen információk tudatában van egy kialakult kép bennetek, hogy nem egy egyszeru, egy gyárilag szívómotornak tervezett motor turbósítása. De nem lehetetlen. Megfelelo felkészültséggel a legtöbb belsoégésu motort fel lehet tölteni üzembiztosan, és jó hatásfokkal. Hogy hogyan tudjuk megváltoztatni egy motor munkapontját azzal a késobbiekben, foglakozunk. Most nézzük meg a tölto szerkezeti felépítését:

Az gázturbina három részre osztható.

 

1. Beömlocsatorna

A beömlocsatorna feladata a járókerékbe való leválásmentes levegobeömlés elofeltételeinek a megteremtése.
 

2. Járókerék

A járókerék feladata a levego energiatartalmának a növelése: a járókerékkel közölt mechanikai munka növeli a levego energiatartalmát, mozgási és nyomási energiáját. 
 

3. Nyomótér.

A nyomótér (vezetolapátozás, csigaház diffúzor) feladata a járókerékbol kiömlo levego feleslegesen nagy sebességének csökkentése, ezáltal a nyomás további növelése.

2. Mechanikus feltöltés

A mechanikus feltöltéshez közvetlenül a motor fotengelyérol, többnyire megfelelo – esetenként szabályozható, vagy lekapcsolható -, áttételen keresztül nyerik a muködéshez szükséges energiát. A feltölto beszívja, majd elosurítve továbbítja a friss töltetet a motor hengereibe. A mechanikus feltölto nyomásviszonya (a feltölto utáni és elotti töltetnyomások hányadosa) kisebb, mint a gázturbináé. A mechanikus feltölto által felvett teljesítmény, a motor hasznos (effektív) teljesítményét csökkenti. A kipufogás a szabad levegobe történik, így az égéstermékek kitolása a kipufogó oldali ellenállások leküzdéséhez szükséges nyomáson történik. Tehát a mechanikus feltölto hatásfoka kisebb, mint a gázturbináé.

De már kis töltonyomás is elegendo ahhoz, hogy a negatív töltetcsere eltunjön, és pozitívvá váljon. Mivel a mechanikus feltölto a motor fotengelyéröl kapja a meghajtást, a motor legtöbb üzemállapotára a pozitív töltetcsere-munka jellemzo. Itt jelenkezik a mechanikus feltöltés elonye, miszerint már kis fordulaton is van töltonyomás.
Itt két csoportot különböztetünk meg: belso surítés nélküli töltok, és a belso surítéssel muködo töltok.

A belső sűrítés nélküli töltők (Roots-fúvók)

A Roots-fúvó lényegében egy különleges fogazatú fogaskerék-szivattyú. Ez a fogazat csak a közeget szállítja, a két forgódugattyút külön fogaskerékpár kapcsolja össze. A Roots-fúvó belsejében nincs surítés, a fogak csak áttolják a (foghézagokban lévo) közeget a nagynyomású térben, és a már elozoleg odaszállított közeg végzi a surítést, miközben részben visszaáramlik a töltobe. A töltobe periódikusan visszaáramló levego lengésfolyamatokat hozhat létre, egyenlotlen szállítást és jelentos zajt okoz. Maga a veszteség ott jelentkezik, hogy a dugattyúnak nem csak a szállított mennyiséget kell a nagyobb nyomás ellenében kitolnia, hanem azt a mennyiséget is, amely a szállított közeg egyideju surítésekor visszaáramlott. Nagyobb fordulatoknál a Roots-fúvók teljesítményszükséglete és a szállított közeg hömérségletének növekedése kedvezotlenül nagy.

Belső sűrítéssel működő töltők (csavarkompresszorok)

A belso surítéssel muködo töltok surítik a közeget mielott azt a nagynyomású térbe szállítanák. Surítési folyamatuk miatt, az összhatásfokuk jobb a belso surítés nélkül muködo töltokénél. Két egymással szemben forgó dugattyújának konvex és a konkáv fogazata egymásba illeszkedik, és a levego addig komprimálódik a csavarhornyokban, amíg el nem éri a kiömlo csonk vezérloélét. A csavardugattyúk nem érintik sem egymást, sem a ház falát.

Forgásukat esetenként 1:1 áttételtol eltéro fogaskerékpár szinkronizálja. Jó áramlástecnikai kiképzés és megfeleloen pontos gyártás esetén az elérheto fordulatszám nagyobb, mint a Roots-fúvók esetén. A Roots-fúvóknál kb. 50m/s kerületi sebesség a felso határ, csavarkompresszoroknál 100 m/s is megvalósítható jó hatásfokkal. Viszont az elméleti szállítási térfogat kb. 30% kisebb mint a Roots-fúvók esetében.


3. Nyomáshullám-feltöltés

A nyomáshullám-feltöltés azt a feltölto hatást használja ki, ami a szívó és a kipufogórendszerben a motor szelepei által periódikusan gerjesztett gázoszlopok lengésébol ered. Hatásossága csak egy szuk fordulatszám-tartományra terjed ki (rezonancia-fordulatszám és környéke).

Ezen a problémán például üzem közben is változtatható hosszúságú szívócsovel segítenek, amelynek segítségével az a fordulatszám-tartomány, amelyben az eljárás hatásos, jelentosen kiterjeszteto.
A rezonancia fordulatszám(ok)on kívüli értékeknél ez a szerkezet a motor muködését nem befolyásolja, illetve rontja.

A nyomáshullám feltöltésének két módja terjedt el.

Lengőcsöves feltöltés

Lengocsöves feltöltésnél a szívószelep nyitásakor a szívócsoben keletkezett szívóhullám a cso, vagy az elosztó tartály nyitott végétol nyomáshullámként verodik vissza. Megfelelo hosszúságú (hangolt) cso esetén, a kívánt motorfordulatszámnál a nyomáshullám akkor érkezik a szívószelephez, amikor a dugattyú szívóhatása erosen csökken (szívólöket vége), egyben a szívószelep zárása elott – a hengerbol a szívóvezetékbe történo visszaáramlást is csökkenti. A feltöltési hatást általában fokozzák a kipufogócso hangolásával, amikor is a kipufogószelep nyitásával gerjesztett nyomáshullám verodik vissza szívó (depresszió) hullámként a csobe. Megfelelo hosszúságú (hangolt) cso esetén a kívánt motorfordulatszámnál a depresszió-hullám röviddel a kipufogószelep zárása elött alacsony ellennyomást hoz létre, így több maradékgáz távozhat a hengerbol, aminek a hatására a töltési fok növekszik.

Rezonancia feltöltés

Rezonancia feltöltésnél a motor hengereinek szívóoldalára, egy önlengésre képes tartály-cso rendszert csatlakoztathatnak és ezt geometriailag, úgy alakítják ki, hogy a hengerek periodikus szívási ciklusai a tartály-cso rendszer önlengés számával (saját frekvenciájával) megegyeznek. A rendszer a rezonancia fordulatszámon a motor valamennyi hengerét tölti.


Tehát rajtatok áll, hogy melyik feltöltési eljárást választjátok, no meg a pénztárcátokon. A legolcsóbb megoldás kétség kívül a rezonancia feltöltés, amihez nem kell magát a motort megbontani, és nem befolyásolja drasztikusan a motor élettartalmát, de mivel nincs benne annyi tartalék, vagy fogalmazhatnék úgy is „fantázia” mint a turbófeltöltésben, emiatt nem is nagyon alkalmazzák tuning-berkekben.

Pedig a kihegyezett szívómotornál kötelezo lépésnek tartom, nem hiába használja, pl. a BMW is az M-es motorjaiban. Maga a mechanikus feltöltés sajnos számunkra igen költségigényes, de ez a megoldás is figyelemre méltó. A lengocsöves feltöltés, precíz és bonyolult felépítése miatt rendkívül nehéz feladat, ember legyen a talpán, aki belevág.

Tény viszont, hogy aki nagyot akar „durrantani” általában a turbófeltöltést választja.

Következo cikkünkben magáról a széria szívómotor turbómotorrá építésének korlátairól, és lehetoségeirol lesz szó.

Forrás: carstyling.hu